Разновидности системных плат

В настоящее время десятки фирм выпускают большое число различных СП, отличающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими микропроцессоров, и по тактовой частоте их работы, и по величине рабочих напряжений и т. д. Расположенные на СП набор системных микросхем (чипсет) и микропроцессорный разъем определяют типы микропроцессоров, которые на ней могут быть установлены.

Socket 7, Slot 1, Socket 370, Socket 8, Slot 2, Slot A, Socket 423, Socket 428, Socket LGA 775, Socket LGA 1156, Socket LGA 1366 — процессорные разъемы, установленные на СП. Спецификация разъема определяет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, электрические параметры, определяет порядок взаимодействия с шинами данных, особенности взаимодействия с оперативной памятью и т. п.

Важным параметром системной платы является тактовая частота (FSB) на которой она работает, вернее, частота ее системной шины: Современные СП имеют рабочие частоты lдо 1600 МГц. Этот параметр особенно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большинство преобразований экономической информации).

Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат. Форм-фактор определяет не только внешние размеры системных плат, но и ряд специфических параметров, характеризующих функциональные и эксплуатационные свойства СП:

l Full-size AT размером 12х13,8 дюйма использовались в первых моделях IBM PC, сейчас не выпускаются);

l Baby AT — размером 8,57 х 13,04 дюйма, их разновидность Mini AT — 8,57 9,85 дюйма; они могут устанавливаться во все корпуса, кроме Slim line (выпускаются, но также постепенно устаревают);

l полномасштабные платы АТ отличаются от Baby AT только размером — ширина их составляет 12 дюймов, что затрудняет их установку в корпус;

l LPX и Mini LPX размером 9 13 и 8,2 10,4 дюйма, соответственно — устанавливаются в сверхнизкие корпуса SlimLine;

l ATX — самый популярный формфактор (до 2005 г.) системной платы, размером 9,6 12 дюймов, отличающийся от Baby AT более удобным расположением элементов на плате (позволяет легко без снятия платы менять ее элементы), лучшей вентиляцией (не требуется устанавливать отдельный вентилятор на микропроцессор), наличием разъема новой универсальной шины USB и возможностью дистанционного выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. На плате установлены разъемы только под модули оперативной памяти DRAM. В 1997 году была представлена модификация MiniATX — СП размером 9,6 9,6 дюймов.

В 2002 году Intel анонсировала СП формата BTX (Balanced Technology eXtended — расширенная сбалансированная технология), призванную, начиная с 2005 года, активно заменять плату ATX, поскольку BTX имеет обособленные области для разного типа комплектующих и линейное расположение компонентов, что обеспечивает меньшие взаимные тепловые и электромагнитные влияния компонентов друг на друга, лучшее охлаждение, низкий уровень шума системы охлаждения и более удобную раскладку этих компонентов для построения малогабаритных систем. Спецификация BTX 1.0 оговаривает три размера материнских плат: BTX, Micro BTX и Pico BTX. Ширина плат BTX составляет 325 мм (12,8 дюйма), Micro BTX — 264 мм (10,4 дюйма) и Pico BTX — 203 мм (8 дюймов). Модификация BTX предназначена для стандартных настольных компьютеров, Micro BTX и Pico BTX для компактных мобильных и промышленных систем. На платах BTX используется термальный модуль, который позволит сохранять на низком уровне температуры ключевых компонентов, включая процессор Pentium 4 Prescott, выдающий большое количество тепла, системный и графический чипсеты.

В 2006 г. Компания Intel предложила формат СП Mini ITX размером 6,86,8 дюйма, а компания VIA формат Pico ITX размером 43 дюйма. СП имеют разъемы (слоты) для установки определенных модулей оперативной памяти. Для модулей ОЗУ используются 30-и, 72-х и 168-контактные разъемы, они сгруппированы в 2–4 слотах. Слоты с 30 и 72 контактами рассчитаны на модули памяти типа SIMM, которые в новых машинах уже не используются; 168-контактные слоты предназначены для современных модулей DIMM. С точки зрения поддерживаемой оперативной памяти, важными характеристиками СП являются также число слотов памяти, рабочая тактовая частота памяти (например, память PC100, PC133 и т. п.), общая емкость поддерживаемой памяти (так, чипсет i815 обеспечивает работу только 512 Мбайт памяти, в то время как i875 — 8192 Мбайт). На СП может размещаться дополнительная кэш-память 2-го/3-го уровня (Cache Level 2/3), которая предназначена для ускорения процесса обмена данными между процессором и оперативной памятью и служит для временного хранения часто используемых данных и команд, снимая во многих случаях необходимость обращения к более медленной оперативной памяти.

Расположенная непосредственно на СП кэш-память часто относится к 3-му уровню, так как в процессорах уже имеется встроенная в кристалл кэш-память 1-го уровня, а на СП современных МП и кэш-память 2-го уровня. Объем Cache Level 3 на СП варьируется от 512 до 4096 Кбайт: микросхемы кэш-памяти выполнены в корпусах типа DIP или SOP и устанавливаются либо в соответствующие разъемы DIP-панельки, либо распаиваются непосредственно на плате. Синхронная кэш-память может размещаться в специальных модулях COAST, очень напоминающих модуль SIMM и устанавливаемых в специальный разъем.

На СП (в некоторых моделях в составе микросхем чипсета) располагается микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), содержащая программы BIOS, необходимые для управления многими компонентами компьютера. BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких, например, как системные загрузочные диски (назначение BIOS более подробно рассмотрено в разделе «Операционные системы ПК» главы 19). В BIOS есть программа, которая называется System Setup — именно с ее помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы.

В современных СП используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, программы в которых могут перезаписываться при помощи специальных средств, что облегчает модернизацию этих программ при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти). У Flash BIOS есть один существенный недостаток. Существует много вирусов, которые, попав в систему, просто стирают все содержимое Flash BIOS, после чего системная плата выходит из строя. Самый известный из подобных вирусов — печально известный «Чернобыль», который испортил немалое количество компьютеров. От вирусов можно защититься только одним способом — в System Setup запретить перезапись содержимого BIOS. Если эта опция активизирована, то ни один вирус ничего сделать не сумеет.

Важным компонентом, размещенным на системной плате (часто — в системном чипсете), является микросхема CMOS-памяти. Она питается от своего локального аккумулятора (батарейки) и поэтому является энергонезависимой (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети). Название CMOS произошло от названия типа используемых в ней элементов. Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в ПК. Информация в ней может изменяться по мере необходимости, то есть память отслеживает текущую конфигурацию компьютера, на что не способна микросхема BIOS. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS-памяти считывается информация об установленном МП, о типах и емкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т. д. Четкое отслеживание времени (в том числе и календаря), даже в отключенном от энергосети состоянии, также связано с тем, что информация о времени хранится в CMOS-памяти.

На СП располагаются также перемычки («джамперы») и DIP-переключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: переключатели используемого напряжения (5 В, 3,5 В и т. д.), переключатели внутренней частоты МП и другие. «Джампер» представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на штырьковые контакты СП; DIP-переключатели — это миниатюрные выключатели в DIP-корпусе. В современных компонентах пытаются сократить количество механических переключений, перекладывая их на автоматические программно-управляемые электронные схемы. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к категории PnP-устройств (PnP — Plug and Play, «Включай и работай»). СП поддерживают разные виды интерфейсных системных,локальных и периферийных шин. От состава поддерживаемых шин, количества слотов для этих шин, имеющихся на СП, существенно зависит эффективность работы ПК в целом.

Чипсеты системных плат

От типа используемого на СП набора системных микросхем -чипсета зависят многие важные характеристики ПК. Чипсеты определяют во многом тактовую частоту шин СП; обеспечивают надлежащую работу микропроцессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами ПК. В частности, они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных микросхем. В последних разработках в состав наборов микросхем для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.

Наборы микросхем определяют следующие функциональные возможности платы:

l типы поддерживаемых процессоров;

l структуру и объем кэш-памяти;

l возможные сочетания типов и объемов модулей оперативной памяти;

l поддержку режимов энергосбережения;

l возможность программной настройки параметров и т. п.

Системные наборы обычно состоят из двух базовых микросхем с условными именами северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge). Северный мост обеспечивает управление четырьмя компонентами: шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его иногда называют 4-х портовым контроллером. Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши; управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE 1284, PCI Express и др.; его также называют функциональным контроллером.

Наиболее известные наборы микросхем для СП выпускает корпорация Intel. Известны такие ее чипсеты: 440BX, 440GX, 440ZX, чипсеты серий 700, 800, 900. Распространены также весьма удачные микросхемы фирмы VIA Technologies — VIA Apollo, фирм Acer Laboratories, Silicon Integrated System (SIS). Для МП Core Penryn и Core i7/i5 корпорация Intel выпускает чипсеты серий Pxx и Xxx, в частности P35, P45, P55, X38, X48, X58 (для МП Core i5/i7 годятся только X58 и P55.

Чипсет i965 (Broadwater)

На рис. 9.2 показана функциональная схема чипсета iG965.

Рис. 9.2. Функциональная схема чипсета iG965

Основные функциональные характеристики чипсетов 965-й серии:

l поддержка всех МП семейств Celeron и Pentium (включая двухъядерные) с частотой системной шины 533/800/1066 МГц, а также МП семейства Core;

l новые более эффективные мосты: северный — GMCH, южный — ICH8;

l двухканальный контроллер памяти DDR2-533/667/800 с поддержкой до 4-х модулей DIMM суммарным объемом до 8 Гбайт;

l графический интерфейс PCI Express ×16;

l интегрированное графическое ядро iGMA X3000 (у G965), поддерживающее на аппаратном уровне DirectX и OpenGL. Имеется поддержка пиксельных и вершинных шейдеров. Это графическое ядро работает на частоте 667 МГц и поддерживает технологию Intel Clear Video Technology, которая предназначена для улучшения качества видео (технология объединяет в себе аппаратные и программные технологии обработки видео, поддерживающие самые разнообразные цифровые дисплеи). Также стоит отметить, что Intel Graphics Media Accelerator X3000 поддерживает технологию выделения оперативной памяти Dynamic Video Memory Advantage. Данная технология позволяет задействовать на нужды видеоподсистемы до 256 Мбайт ОЗУ;

l шина DMI (с пропускной способностью около 2 Гбайт/с) до южного моста ICH8/R;

l до 6 портов PCI Express x1 и до 4 слотов PCI;

l 10 последовательных портов SATA-II на 10 устройств SATA300 (SATA-II, второе поколение стандарта);

l Matrix Storage Technology — возможность организации RAID-массива;

l 10 портов USB 2.0;

l контроллер iGbE LAN для реализации Gigabit Ethernet.

В чипсетах 965-й серии реализована технология Fast Memory Access, которая обеспечивает выигрыш в производительности, позволяющая благодаря углубленному анализу очереди команд выявить «совмещаемые» команды (например, чтение из одной и той же страницы памяти), а затем переупорядочить реальное выполнение таким образом, чтобы «совмещаемые» команды выполнялись друг за другом. Обеспечена возможность организовать работу двух видеокарт в паре — технология CrossFire. Технология Intel Quiet System обеспечивает эффективное управление кулером с учетом рабочих температур аппаратуры. Впервые в интегрированной графике Intel задействована встроенная поддержка интерфейса HDMI (High Definition Multimedia Interface), обеспечивающего передачу несжатого видеосигнала и несжатого многоканального звука по одному кабелю с поддержкой всех форматов HD. Сравнительные характеристики некоторых чипсетов представлены в табл. 8.1.

 

 

Таблица 8.1. Сравнительные характеристики чипсетов

Параметр	Частота шины (МГц)	Поддержка SDRAM	Макс. объем оперативной памяти	Пиковый обмен с памятью Мбайт/с
Intel 440BX	66, 100, 133	PC66, PC100, PC133	1024 Мбайт	800–1064
Intel 815	66, 100, 133	PC100, PC133	512 Мбайт	1064
Intel 820	100, 133	PC133	1024 Мбайт	1600
Intel 850	400	DRDRAM 300 и 400 МГц	2048 Мбайт	3200
Intel 845D	266	PC266, DDR SDRAM	2048 Мбайт	2100
Intel 865	266, 533,800	DDR SDRAM 266, 333, 400	4096 Мбайт	4000
Intel 875	533, 800	PC266, DDR SDRAM 266, 333, 400	4096 Мбайт	4000
Intel 915	533, 800	DDR SDRAM, DDR2 533,400	4096 Мбайт	8000
Intel 925	800	DDR2 SDRAM 400, 533	4096 Мбайт	8000
Intel 945	533,800,1066	DDR2 SDRAM 533, 667	4096 Мбайт	8000
Intel 955	800,1066	DDR2 SDRAM 533, 667	8192 Мбайт	8000
Intel 965	800,1066	DDR2 SDRAM 533, 667	8192 Мбайт	8000
Intel 975	800, 1066	DDR2 SDRAM 533, 800	8192 Мбайт	12800
VIA 133A	66, 100, 133	PC66, PC100, PC133	1024 Мбайт	1064
VIA 266A	266	PC266, DDR SDRAM	4096 Мбайт	2100
Intel X38	1333	DDR3	8192	12800
Intel P45	1333	DDR3	8192	12800
Intel X48	16000	DDR3	16384	16000
Intel Х58	16000	DDR3	16384	16000

Чипсет X 58

Функциональная схема чипсета X58 Express для МП Core i7 показана на рис.9.3.

Рис. 9.3.Функциональная схема чипсета iX58 Express

Компоненты чипсета:

l северный мост IOH (Input/Output Hub (в предыдущих моделях чипсетов северный мост назывался Memory Controller Hub - MCH);

l южный мостICH (I/O Controller Hub);

l интерфейсы: между МП и северным мостом –QPI, с южным мостом – DMI.

Контроллер памяти вынесен из чипсета и включен в МП, поддерживает 3 линии памяти на частоте 1600 Мгц, но только DDR3.

 Северный мост поддерживает графический интерфейс PCI Express 2.0x16 с возможностью разбить его на два графических интерфейса с половинной скоростью или на четыре с четвертной скоростью. Функциональность южного моста: поддержка 6 портов HCI Express 1.1, 4 портов PCI, 6 портов SATA II и 12 портов USB 2.0; наличие MAC (Media Access Controler) контроллер для сети Gigabit Ethernet; поддержка технологии Turbo Memory - энергонезависимого кэширования на базе флэш-памяти NAND, позволяющей преодолеть дисбаланс относительного быстродействия процессора и жесткого диска за счет сокращения числа обращений системы к медленным и энергоемким жестким дискам в ноутбуках; поддержка технологии Intel Matrix Storage Technology для обеспечения производительности и надежность работы жестких дисков, оснащенных интерфейсом Serial ATA за счет уменьшения уровня энергопотребления, что очень важно для настольных и мобильных платформ; пWhether using one or multiple hard drives, users can take advantage of enhanced performance and lower power consumption.оддержка технологии High Definition Audio для воспроизведения до 8 звуковых каналов с качеством звучания 192 кГц/32 бит и использования новых аудиоформатов высочайшего качества.

Чипсет P 55 является упрощенным вариантом X58: одночиповый, не содержит северного моста (целиком перенесен в микропроцессор, с которыми он используется).

Вопросы для самопроверки

1. Поясните назначение СП в ПК.

9. Назовите основные устройства, расположенные на СП ПК.

10. Что такое набор системных микросхем (чипсет), какие функции он выполняет?

11. Назовите назначение CMOS-памяти, устанавливаемой на СП.

12. Определите назначение микросхемы ПЗУ, устанавливаемой на СП.

13. Назовите и охарактеризуйте уровни КЭШ памяти, устанавливаемой на СП.

14. Назовите основные параметры, которые следует учитывать при выборе СП.

15. Рассмотрите особенности чипсетов семейства X38. X48,X58.

16. Что такое северный и южный мост чипсетов?

17. Назовите и поясните фирменные технологии intel, поддерживаемые современными чипсетами.

18. Какие чипсеты поддерживают многоядерные МП i5/i7?